Peticiones del oyente: Los tardígrados, ositos de agua

Escucha el podcast

Un tardígrado (Science Picture Co/Science Faction/Corbis, 2013)

(Contribución de El neutrino al XXX Carnaval de Biología, organizado por Activa tu neurona)

Guillermo, un joven oyente de Ciencia para escuchar, nos ha pedido que hablemos de los tardígrados. Estamos encantados por partida doble: Porque nos gusta conocer los intereses de los oyentes, y en este caso, además, porque los tardígrados se encuentran entre nuestros animales favoritos, son unos bichos fascinantes, y no sé cómo no habíamos hablado todavía de ellos.

Los tardígrados son un grupo de animales minúsculos, tan pequeños que no fueron descubiertos hasta el siglo XVIII. No son tan pequeños como para ser invisibles a simple vista, pero casi; para el ojo desnudo son simples motitas sin detalles distintivos. Hace falta un microscopio, por rudimentario que sea, para apreciar su forma y observarlos con un poco de detalle.

Un tardígrado en la publicación original de Goeze

La historia de los tardígrados empieza con dos pastores protestantes alemanes, Johann August Ephraim Goeze, de Quedlinburg, en el centro de Alemania, y Johann Conrad Eichhorn, de Danzig, hoy Gdansk, en Polonia. Ambos eran aficionados a la zoología, y armados con un microscopio dedicaban sus ratos libres al estudio de los invertebrados acuáticos. Parece que el primero que observó tardígrados al microscopio fue Eichhorn, en 1767, pero no publicó su descubrimiento hasta 1781. Demasiado tarde. En 1773, Goeze había publicado la primera descripción de unos pequeños animales de ocho patas, a los que llamó "ositos de agua" por su forma de moverse, que recuerda al desgarbado caminar de los osos. Anatómicamente, los ositos de agua no se parecen demasiado a los osos; a lo que sí se parecen un poco más, curiosamente, es a las típicas gominolas con forma de osito de peluche. El nombre de tardígrados, o Tardigrada, que significa en latín "caminante lento", se lo puso cuatro años más tarde, en 1777, el biólogo italiano (y también sacerdote católico) Lazzaro Spallanzani.

Hasta el presente se han identificado más de mil especies de tardígrados. Se encuentran entre los animales más adaptables y exitosos; son capaces de vivir en cualquier lugar del mundo donde haya agua, desde el Himalaya, a más de 6 000 metros de altitud, hasta el fondo marino, a más de 4 000 metros de profundidad, y desde las regiones polares hasta el ecuador. Dado su pequeño tamaño, les basta con muy poca cantidad de agua; uno sus lugares favoritos es la película de agua que recubre los musgos y los líquenes; se han medido densidades de hasta 22 000 individuos por gramo de musgo. Pero se los puede encontrar también bajo el hielo de los glaciares, en dunas y playas, en los sedimentos de ríos, lagos y mares, donde se han contado hasta 25 000 individuos por litro, y también en fuentes termales, tejados, muros de piedra, en las rendijas entre las baldosas de las aceras... Incluso en alta mar; los tardígrados no saben nadar, pero pueden vivir sobre los sargazos y otras algas flotantes. Las especies más grandes miden hasta un milímetro y medio de longitud, mientras que las más pequeñas no llegan a una décima de milímetro.

Los tardígrados son animales de forma más o menos cilíndrica, con simetría bilateral, divididos en cinco segmentos: la cabeza, tres segmentos que forman el tronco, y un segmento caudal. En cada segmento, menos en la cabeza, hay un par de patas rechonchas con entre cuatro y ocho garras o ventosas cada una. Los tres primeros pares de patas sirven para la locomoción, mientras que el cuarto, generalmente orientado hacia atrás, se utiliza para anclarse al sustrato. Los tardígrados están recubiertos por una cutícula rígida formada por quitina y varias proteínas, que mudan periódicamente, y que puede ser de diversos colores. La zona ventral es aplanada, y la dorsal convexa. No tienen aparato circulatorio ni órganos respiratorios, el intercambio de gases se realiza por toda la superficie del cuerpo.

El aparato digestivo está formado por boca, faringe, esófago, intestino y ano. La boca, en forma de tubo, está rodeada por papilas sensoriales y tiene en su interior dos piezas duras en forma de estilete que sirven para perforar las células de sus presas y succionar los fluidos de los que se alimenta. La mayor parte de los tardígrados se alimentan de esta manera del contenido celular de plantas, bacterias o pequeños invertebrados, pero algunos son depredadores, y pueden ingerir microorganismos enteros, o incluso tardígrados más pequeños. Cuando muda su caparazón, el osito de agua pierde también los estiletes, que tienen que ser segregados de nuevo por dos glándulas situadas a los lados de la boca. El intestino ocupa casi toda la longitud del animal, y el ano se abre en el extremo del segmento caudal. Algunas especies sólo defecan cuando mudan, y dejan las heces en el interior de la cutícula vieja.

El cerebro, formado por varios lóbulos, se une a un gran ganglio situado bajo el esófago, del que salen dos cordones nerviosos que recorren el cuerpo por la región ventral, con un ganglio en cada segmento, de donde otras fibras nerviosas laterales se dirigen hacia las patas. Muchas especies tienen dos ojos simples, llamados omatidios, que no son más que una célula transparente en cuyo fondo se acumulan los pigmentos ópticos; en algunas especies hay una estructura transparente con forma de lente delante del omatidio.

El aparato reproductor está formado por una sola gónada, situada sobre el intestino. Algunas especies son hermafroditas, y otras partenogenéticas, las hembras son capaces de reproducirse sin necesidad de ser fecundadas por un macho. Pero en general existen machos y hembras, que sólo se diferencian externamente en que los machos suelen ser un poco más pequeños. Los tardígrados son ovíparos, y la fecundación suele ser externa. El apareamiento se realiza durante la muda, y los huevos suelen quedarse en el interior de la cutícula vieja de la hembra. El número de huevos en cada puesta varía entre uno y treinta; depende de la especie y del estado de salud y nutrición de la madre; se cree que los tardígrados son capaces de digerir sus propios huevos cuando necesitan nutrientes. Los huevos de algunas especies tienen formas geométricas complejas, sobre todo los que no se quedan protegidos en la cutícula vieja de la hembra. Durante el desarrollo, los huevos se van volviendo transparentes, de forma que se puede observar el crecimiento y la actividad de la larva. A los pocos días o semanas, los huevos eclosionan; los recién nacidos son versiones a escala de sus padres; pueden medir menos de cinco centésimas de milímetro.

Los tardígrados son animales eutélicos, lo que significa que el número de células es el mismo en todos los individuos de una especie desde que salen del huevo, y no varía con el tiempo. Los ositos de agua crecen por agrandamiento de las células, no por división de las mismas. Pueden mudar la cutícula hasta doce veces en su vida; el proceso de muda dura varias horas.

Los tardígrados son de los pocos animales que pueden recurrir a la criptobiosis, un estado de animación suspendida en el que casi se detiene el metabolismo cuando las condiciones ambientales no son aptas para la vida. En el caso de los tardígrados, la actividad metabólica se reduce hasta una diezmilésima de su valor normal. Así pueden sobrevivir en condiciones de falta de agua o de oxígeno, frío extremo o concentraciones letales de sal. En este estado, el contenido de agua del animal baja desde el 85% a sólo el 3%; el agua perdida se sustituye por un azúcar llamado trehalosa, que impide la destrucción de las estructuras celulares, y por glicerina, que da elasticidad a los tejidos deshidratados y protege contra los reactivos químicos generados por la radiación ultravioleta y otras influencias externas.

El tardígrado Milnesium tardigradum en estado activo (arriba)
y en criptobiosis (abajo)

Schokraie E, Warnken U, Hotz-Wagenblatt A, Grohme MA, Hengherr S,
et al. (2012) Comparative proteome analysis of Milnesium tardigradum
in early embryonic state versus adults in active and anhydrobiotic state.
PLoS ONE 7(9): e45682. doi:10.1371/journal.pone.0045682

Los ositos de agua pueden vivir hasta diez años en estado de criptobiosis, y sobrevivir así a condiciones extremas: soportan varios minutos a 150 ºC o a -272 ºC, sólo un grado sobre el cero absoluto, y pueden permanecer congelados a -200 ºC durante días. También sobreviven a 6 000 atmósferas de presión, seis veces mayor que la presión existente en las fosas oceánicas más profundas; pueden soportar la inmersión en alcohol puro y en éter, y dosis de radiación mil veces superiores a las que matarían a cualquier otro animal; incluso en estado activo son muy resistentes a la radiación ultravioleta, gracias a su eficaz mecanismo de reparación de daños en el ADN. También los huevos pueden sobrevivir deshidratados; hacia el final de su desarrollo, son también muy resistentes a la radiación. De todos modos, esto no significa que los ositos de agua sean indestructibles. Para alcanzar el estado criptobiótico, el tardígrado necesita un cierto tiempo, y que el cambio en las condiciones ambientales no sea demasiado brusco; durante ese tiempo, el osito de agua encoge las patas y la cabeza, se deshidrata y se rodea de una capa de cera llamada "barrilete". Cuando las condiciones ambientales vuelven a ser favorables, el osito de agua se reactiva en un periodo de entre unos minutos y unas horas. La energía necesaria para los procesos de deshidratación y reactivación se almacena, en forma de glucógeno, en células especiales cuyo papel es similar al del hígado humano.

No está muy claro cuánto tiempo puede vivir un tardígrado. Sin contar con el tiempo que puedan pasar en criptobiosis, la duración de vida de los tardígrados en el laboratorio puede llegar hasta un año. Pero no se sabe qué longevidad pueden alcanzar en su medio natural. La mayor parte de los tardígrados mueren de viejos, por cambios en el ambiente, o por infecciones de hongos o bacterias, aunque algunos son devorados por gusanos nematodos, por amebas o por otros tardígrados. Curiosamente, los signos de envejecimiento entre los ositos de agua son muy semejantes a los de los seres humanos: Con la edad, los tardígrados se vuelven más gordos y menos activos, con la cabeza proporcionalmente más pequeña, desarrollan manchas en la cutícula e incluso les crecen pelos donde antes no tenían.

Los tardígrados son los únicos animales que sobreviven en las condiciones de vacío y radiación del espacio. En septiembre de 2007, la sonda ruso-europea FOTON-M3 llevaba a bordo tardígrados deshidratados, que fueron expuestos al vacío y a la radiación ultravioleta solar en órbita baja terrestre. De los expuestos a la radiación ultravioleta sólo sobrevivieron tres individuos, pero entre los que sólo estuvieron expuestos al vacío sobrevivió cerca del 70%, y muchos se reprodujeron después. En mayo de 2011, en la Estación Espacial Internacional, se comprobó que ni la microgravedad ni la exposición a la radiación cósmica afecta significativamente a la supervivencia de los tardígrados, y en noviembre de 2011, los tardígrados formaban parte del fallido experimento LIFE, que pretendía llevar hasta Fobos, uno de los satélites de Marte, y traer de vuelta a la Tierra, en un viaje de tres años, un grupo de seres vivos, entre los que había bacterias, hongos y semillas, para comprobar su capacidad de supervivencia. Pero la sonda rusa Fobos-Grunt, que trasportaba el experimento, se estrelló en el océano Pacífico tres meses después de su lanzamiento por un problema con los propulsores.

Se conocen muy pocos fósiles de tardígrados. Debido a la estructura de sus tejidos, su fosilización es muy poco probable; y su pequeño tamaño hace muy difícil encontrarlos. Aun así, tenemos unos pocos tardígrados fósiles del Cámbrico medio, hace unos 530 millones de años, y del Cretácico. Los fósiles del Cámbrico, encontrados en Siberia, tienen tres pares de patas en lugar de cuatro, y la estructura de su cabeza es más simple; los del Cretácico, encontrados en ámbar en Estados Unidos y Canadá, son ya muy parecidos a los tardígrados actuales.

En 1990, el médico y biólogo alemán Joachim Vetter propuso que los tardígrados no son nativos de la Tierra, sino que proceden de Marte, de donde llegaron a bordo de un meteorito justo a tiempo para desencadenar la explosión cámbrica, la rápida diversificación de los animales hace unos 540 millones de años. Según Vetter, no es probable que la adaptación de los tardígrados para sobrevivir en el espacio surgiera en un planeta como la Tierra, dotado de agua líquida y una atmósfera densa y respirable. Parece que Marte también era así hace unos pocos miles de millones de años, pero la evolución de este planeta hasta sus condiciones actuales, hostiles a la vida, es la que pudo espolear a los supuestos antepasados marcianos de los tardígrados para desarrollar su resistencia. No es probable, dice Vetter, que un organismo terrícola invirtiera recursos en evolucionar unos rasgos, como la capacidad de los tardígrados para sobrevivir en el espacio, que no son útiles aquí en la Tierra. Pero el argumento de Vetter se puede dar la vuelta. Tampoco es probable que un organismo, por alienígena que sea, conserve esos rasgos a lo largo de cientos de millones de años aquí en la Tierra si no le sirven para nada. El caso es que la enorme resistencia de los tardígrados debe de ser simplemente un efecto colateral de su capacidad para deshidratarse y sobrevivir a heladas, periodos de sequía o de excesiva salinidad, cualidades éstas que sí tienen utilidad en los cambiantes ecosistemas de la Tierra.

Los tardígrados no son alienígenas. Están hechos con el mismo ADN y con las mismas proteínas que los demás seres vivos de la Tierra, y no forman una rama aparte, aislada, del árbol de la vida de nuestro planeta. Los estudios genéticos y anatómicos más completos agrupan a los tardígrados con los onicóforos o gusanos aterciopelados y con los artrópodos, grupo en el que se incluyen insectos, crustáceos, arácnidos y miriápodos.

Los tardígrados se clasifican en tres grupos, heterotardígrados, eutardígrados y mesotardígrados. Los heterotardígrados se distinguen de los eutardígrados por su cutícula endurecida y por la presencia de cerdas sensoriales en la cabeza y a los lados del cuerpo. El tercer grupo, los mesotardígrados, fue creado en 1937 por Rahm para albergar una única especie, Thermozodium esakii, que había descubierto en una fuente termal cercana a Nagasaki, en Japón. Pero el manantial fue destruido por un terremoto, el espécimen tipo en el que se basó Rahm para la descripción también se ha perdido, y no se han podido encontrar más desde entonces, así que tanto la especie como el grupo se consideran dudosos.

No es difícil observar ositos de agua si se dispone de un microscopio, aunque sea de juguete. Con unos pocos aumentos es suficiente. Lo primero que hay que hacer es buscar un buen trozo de musgo, mejor de una roca, muro o tejado que de un bosque, ya que los tardígrados necesitan calcio para construir sus estiletes bucales. Es mejor que el musgo esté un poco seco, si está muy mojado y huele mal estará plagado de bacterias y hongos, que son vecinos indeseables para los ositos de agua. Se deja secar el musgo al Sol, se limpia de tierra y de los bichos grandes que pueda tener, como insectos, cochinillas de la humedad, etc, y se coloca dado la vuelta sobre una placa de Petri o cualquier recipiente transparente de fondo plano donde quepa. Se riega con agua hasta que el musgo esté completamente empapado y el recipiente contenga ya unos milímetros de agua y se deja reposar varias horas, o una noche. Después, se retira el musgo y ya no hay más que buscar los tardígrados en el agua del recipiente. Con una lupa se verán como bichitos en movimiento semejantes a orugas. Lo mejor es colocar el plato sobre una superficie negra e iluminarlo lateralmente con una linterna. Se recogen los ositos de agua con una pipeta o un cuentagotas, se colocan sobre un portaobjetos, y al microscopio. ¡Que disfruteis!